Wasserbehandlung in der Bergbaufolgelandschaft€¦ · Oktober 2012 Reinigungsverfahren.pptx...
Transcript of Wasserbehandlung in der Bergbaufolgelandschaft€¦ · Oktober 2012 Reinigungsverfahren.pptx...
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Wasserbehandlung in der Bergbaufolgelandschaft
Fachveranstaltung
Reinigungsverfahren von bergbaubeeinflußten
Oberflächen- und Grundwässern
in Braunkohlengebieten
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Bergbauliche Beeinflussung der Wassergüte
Zufluss aus dem Grundwasser: reich an gelöstem Eisen2+
sulfatreich
hohe Acidität (pH: 3 –4)
FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+
Grundwasserstand nach Einstellung der Sümpfung
Versauerung durch Oxydation von Pyrit
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Laufende Pilot- und Demo- Projekte Gewässergüte
Innovationen zur Verbesserung der Gewässergüte
Neutralisation der Säure:
Initialneutralisation mittels GSD Freistrahldüsen
Neutralisation RL F Lichtenauer See
Neutralisation Zwenkau durch Kombination Maßnahme
Sulfatreduktion:
Biologische Sulfatreduktion am Auslauf Hainer See
Mikrobielle Sulfatreduktion Skadodamm zur in-situ GW-Sanierung
Sulfatlaststeuerung Pleiße
Eisenreduktion:
Pilotversuch zur Reduzierung der GW-Neubildung Kippe Witznitz (GFI)
Stoffstrom Modellierung Fließgewässer
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
EINSATZ VON GETAUCHTEN SCHWIMMLEITUNGEN MIT DÜSEN (GSD) ZUM EINTRAG VON
KALKSUSPENSION ZUR NEUTRALISATION DES TAGEBAUSEES SCHEIBE (GMB)
Projektziel: Herstellung eines neutralen, schwach gepufferten Wasserkörpers mit neuem
innovativen und kostengünstigen Verfahren auf der Grundlage von Freistrahlen
Haupwindrichtung
1
2
3
4
Juni- September 2011 Errichtung der Anlage
27. – 29. September 2011 Funktionstest
4. Oktober 2011 – 25 Januar Behandlung
Januar - Juli 2012 Monitoring, Auswertung
Initialbehandlung Scheibe See mit GSD-Verfahren
Einmischung von Branntkalk erfolgt
über Freistrahlen
-Austrittsgeschwindigkeit > 6 m/s
-Verdünnungsfaktor > 200
-Verteilung durch Rohrleitung und
Seedynamik (Herbstzirkulation)
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
02.02.2012 | Abrechnung Primärneutralisation Scheibe See
5
Erreichter pH-Werte im Januar 2012
5452000 5452500 5453000 5453500 5454000 5454500 5455000 5455500 5456000 5456500 54570005700000
5700500
5701000
5701500
5702000
5702500
A1
B1
B2
B3
C1
C2
C3
D1
D2
D3
E1
E2
pH 1,0 m u Wsp.
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
8.50
9.00
9.50
10.00
Anwendung in der Sanierung möglich
Weiterentwicklung mit CO2 zum Aufbau Pufferung
Ergebnisse:
gleichmäßige und vollständige
Neutralisation
kurze Behandlungszeit
(16 Wochen für 380 Mio. Mol
≈ 15.000 t CaO)
Hoher Wirkungsgrad (79 %)
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Pilot- und Demovorhaben Lichtenauer See
Herstellung eines erweiterten Hydrogencarbonatpuffers in einem schwach
gepufferten, versauerungsempfindlichen Bergbausee unter Einsatz von
Kohlendioxid (LUG, BRAIN) Projektziele:
1. Test eines neuartigen Unterwassereintragsystems
Verbesserter Wirkungsgrad durch geringere Suspensionskonzentration und Einmischung der
Suspension in den Seekörper (größerer Reaktionsraum)
2. Pufferung des Wassers mit CO2 und Kalk
Verlängerung der Nachhaltigkeit und damit eine Verringerung der Behandlungszyklen
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Test-Sanierungsschiff
Einlass
Austrittsöffnung
Neutralisationsmittelsilo
aktive Durchmischungs-
einrichtung (Propeller)
passive Durchmischungs-
einrichtung (Umlenkblech)
Ergebnisse:
Technik hat sich für Kalksteinmehl
und Kalkhydrat (KH) bewährt
Probleme bei Branntkalk und Soda
Austragsleistung: 40-60 t/d KH
hohe Wirkungsgrade
Anwendung in der Sanierung möglich
Weiterverwendung im Rahmen des
PuD-Vorhabens am RL F
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Pufferung mit CO2 (RL F)
Inlake- Konditionierung mit Kohlendioxid – RL F (LUG, BRAIN, IWB)
Projektziel: Herstellung eines Hydrogencarbonatpuffers unter Einsatz von CO2 und Kalkhydrat
Verlängerung der Nachhaltigkeit weniger Behandlungszyklen
geringere Anlagenkosten, aber höhere Einsatzstoffkosten
Kalk mittels
Bekalkungs-
schiff
CO2
mittels
Begasungs-
rahmen
Verlängerung um ca. 16 Monate
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Mikrobiologische Sulfatreduktion im Grundwasser
durch Düseninjektion am Skadodamm (FIB, BTU, Wilsch)
-In-situ Behandlung von Kippengrundwasser im Zustrom von 2008-2010
-Injektion von 1,5 m³/ h nährstoffhaltiges Wasser in Intervallen
=> Ziel „Fällung von Eisensulfiden durch Stimulierung der mikrobiellen Sulfatreduktion“
Ergebnis:
40 % SO4-Reduktion, 90 % Fe2--Reduktion,
Infiltrierte Nährstoffe (C, N, P) vollständig
umgesetzt, keine Belastung des GWL
Kostengünstige Behandlung
Anwendung in der Sanierung möglich
Weiterentwicklung gegen Eisen in FG
(P169)
Mikrobielle Sulfatreduktion
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Vollständige Neutralisation
und Pufferung
Sulfatwerte unter Zielwert
abgereichert (640-730 mg/l)
Nahezu vollständige
Eisenelimination
Ergebnisse der biologischen Sulfatreduktion:
Praxistauglichkeit nachgewiesen,
Grundwasser mit geringem Aufwand behandelbar,
Wirkung auf präferenziellen Strombahnen nachweisbar
Biologische Sulfat Reduktion Skado Damm
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
High-Density-Hydrogencarbonat - Reaktor
Einsatz des HDHc- (High-Density-Hydrogencarbonat-) Reaktors
Zur bedarfsgerechten Neutralisation (GFI, UIT)
Projektziel: Pufferung von Tagebauseen zur Verhinderung der
Wiederversauerung
Phase 1: Technikumsversuch 2010 - 2012
- Volumenstrom Prozesswasser 0,15 - 0,25 m³/h
- produzierte Alkalinität > 40 mol/m³
Prinzipielle Funktionstüchtigkeit nachgewiesen
Bestimmung des Arbeitsbereichs des Reaktors
Phase 2: Feldversuch am RL Haubitz 2013 – 2014
- Volumenstrom Prozesswasser 100 m³/h
- produzierte Alkalinität 40 mol/m³
Ableitung von Konstruktionskriterien für einen Schiffseinsatz
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
- Kooperation zwischen LMBV, VE-M
- Projektdurchführung: 2010 - 2012
- Test an unterschiedlichen Wässern: Sedlitz,
Tzschelln, Bockwitz, RL 107
Derzeit keine Anwendung in der Sanierung
Elektrochemische Sulfatreduktion
Ergebnisse:
komplette Neutralisation und Metallfällung
Sulfatabreicherungsraten
ohne CO2 ca. 20-30 %
mit CO2 ca. 40-60 %
technische Probleme an Neuzellen
hohe Kosten 0,5-3,5 € /m³
Elektrochemische Sulfatabreicherung schwefelsaurer Wässer mit CO2 Injektion
(VKTA)
Projektziel:
• Erprobung von Elektrolysezellen mit CO2-Injektion
• Verdoppelung der Sulfatabreichergungsleistung auf bis zu 60%
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Verminderung der Sulfatbelastung in Oberflächengewässern durch
Anwendung der biologischen Sulfatreduktion (BIOPLANTA)
Ziel: Betrieb im Technikumsmaßstab vor Ort verifizieren,
Auslegungsparameter für großtechnische Sanierungsmaßnahmen optimieren
Am Auslauf Hainer
See im Nebenschluss
Quelle: BIOPLANTA Projektskizze 2010,
Mikrobiologischen Sulfatreduktion
(BIOPLANTA)
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
Ergebnisse der
Grundwassermodellierung für 2100:
a) Nullvariante,
b) 75% Reduzierung der
Grundwasserneubildung auf
gegenwärtigen Ackerflächen
=> 20-30 % Reduzierung
der Frachten
Pilotversuch zur Reduzierung des Sickerwasserstromes aus der Kippe Witznitz
zum Fließgewässer Pleiße
- Durch gezielte Flächenbewirtschaftung ( Dauergrünland- Luzerneanbau) ist die Reduzierung der
Grundwasserneubildung um 75% möglich.
- Der Nachweis zur langfristigen Wirkung der Reduzierung des Eiseneintrages in die Pleiße
konnte erbracht werden.
Ergebnisse des Pilotversuches Kippe Witznitz
Oktober 2012
Reinigungsverfahren.pptx
-Elektrochemische
Wasserbehandlung Rainitza
-Mikrobiologische Sulfat-
reduktion im Auslauf des
Hainer See
-Mikrobiologische Sulfat-
reduktion im Grundwasser
Skado Damm
-Reduzierung der
Grundwasserneubildung im
Kippenbereich Witznitz
-In-Lake-Behandlung mit Kalk
+ CO2 in Lichternauer See
-Inlake Behandlung
mobil/stationär in
Schiebe/Burghammer
Seewasser Grundwasser Ausleitwasser
Fazit
Bergbauliche Wiedernutzbarmachung ist Teil der Bewirtschaftung Wasserhaushalt zum
Erreichen -eines guten chemischen Zustandes OW + GW
-eines guten ökologischen Potentials OW
Wasserbehandlung in der Bergbaufolgelandschaft
- Rückhalt der Stoffe in den Quellbereichen Kippe/Gewachsenes
- Chemische Alkalinisierung, Oxidation, Katalyse in den Schutzgütern, passiv/aktiv
- Biologische Katalyse, Stimulation
Überführung erfolgsträchtiger Ergebnisse aus der Forschung durch
Demonstrations- und Pilotvorhaben in die Praxis: Kosten, Anwendbarkeit